Intestine-on-a-chip
آنتوں پر ایک چپ (گٹ-آن-اے-چپ، منی-آنت) حقیقی اعضاء کے مائیکرو فلوئڈک بائیو انجینیئرڈ 3 ڈی ماڈل ہیں، جو روایتی 3 ڈی آنتوں کے آرگنائڈ کلچر کے مقابلے میں جسمانی خصوصیات کی بہتر نقل کرتے ہیں۔ مختلف آنتوں پر ایک چپ ماڈل کے نظام تیار اور بہتر کیے گئے ہیں، سبھی اپنی انفرادی طاقت اور کمزوریوں کو برقرار رکھتے ہیں اور اجتماعی طور پر ان نظاموں کو منشیات کی جانچ اور ذاتی دوا کے لیے قابل اعتماد ہائی تھرو پٹ پلیٹ فارم کے طور پر قائم کرنے کے حتمی مقصد کے لیے بہت بڑا وعدہ رکھتے ہیں۔ آنت ایک انتہائی پیچیدہ اعضاء کا نظام ہے جو غذائیت کے ہاضمے اور جذب، ہارمون کے سراو، اور امیونولوجیکل عمل سے لے کر نیورونل سرگرمی تک اہم کاموں کا ایک متنوع مجموعہ انجام دیتا ہے، جس کی وجہ سے ان وٹرو ماڈل بنانا خاص طور پر مشکل ہوتا ہے۔ روایتی آنتوں کے ماڈل روایتی آنتوں کے ماڈل، جیسے کہ لافانی سیل لائنوں کی روایتی 2 ڈی سیل کلچر (مثال کے طور پر۔ کاکو 2 یا ایچ ٹی 29)، ٹرانس ویل کلچرز، یوزنگ چیمبرز، اور ایورٹڈ گٹ سیکس، آنتوں میں بہتر (پیتھو-) جسمانی عمل کو سمجھنے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال کیے گئے ہیں۔ تاہم، اس طرح کے سادہ نمونوں کا استعمال کرتے ہوئے آنتوں کے بہت سے افعال کو دوبارہ مرتب کرنا اور ان کا مطالعہ کرنا مشکل ہے۔ اس طرح، ان نظاموں کی ترجمہیاتی اور تجرباتی قدر محدود ہے۔ 2009 میں، آنتوں کے آرگنائڈز کی ترقی نے آنتوں کے ٹشو کے ان وٹرو ماڈلنگ میں ایک سنگ میل کی نشاندہی کی۔ آنتوں کے آرگنائڈز ویوو اسٹیم سیل طاق کی نقل کرتے ہیں کیونکہ آنتوں کے اسٹیم سیل بے ساختہ ایک بند، سسٹک منی ٹشو کو جنم دیتے ہیں جس میں بیرونی رخ والی کلیاں ہوتی ہیں جو آنتوں کے اپیتھیلیم کی خصوصیت کرپٹ ولس فن تعمیر کی نمائندگی کرتی ہیں۔ آنتوں کے آرگنائڈز آنتوں کے اپیتھیلیم کی تمام مختلف قسم کے خلیوں پر مشتمل ہو سکتے ہیں، جیسے۔ اینٹروسائٹس، گوبلٹ خلیات، پینیتھ خلیات اور اینٹرو اینڈوکرائن خلیات۔ ٹشو فن تعمیر اور سیل کی قسم کی ساخت کی درست نمائندگی کے ساتھ، آرگنائڈز کو مقامی ٹشو سے کلیدی فعال مماثلت ظاہر کرنے کے لیے بھی دکھایا گیا ہے۔ مزید برآں، کلچر میں ان کا طویل مدتی استحکام، صحت مند اور بیمار اصل سے ماخوذ اور جینیاتی ہیرا پھیری کے امکانات آنتوں کے آرگنائڈز کو فنکشنل اسٹڈیز اور بیماری کے ماڈلنگ کے لیے ایک پلیٹ فارم کے طور پر بڑے پھیلاؤ کے استعمال کے لیے ایک مفید اگرچہ آسان ماڈل بناتے ہیں۔ اس کے باوجود، کئی حدود آنتوں کے ماڈل کے طور پر ان کی افادیت کو محدود کرتی ہیں۔ سب سے پہلے اور سب سے اہم بات یہ ہے کہ آرگنائڈز کی بند سسٹک ساخت ان کی اندرونی (اپیکل) سطح کو ناقابل رسائی بناتی ہے، اور اپیکل اور بیسولٹرل اطراف کا الگ علاج-اور اس طرح نقل و حمل کے مطالعے-انتہائی مشکل ہوتے ہیں۔ مزید برآں، یہ بند سسٹک ڈھانچہ اس بات کا اشارہ کرتا ہے کہ آنتوں کے آرگنائڈز اپنے لومین میں مردہ خلیات کو جمع کرتے ہیں جس سے آرگنائڈز پر مقامی دباؤ پڑتا ہے، اس طرح میکانی خلل اور گزرنے سے رکاوٹ کے بغیر طویل عرصے تک غیر متزلزل آرگنائڈ کلچر میں رکاوٹ پیدا ہوتی ہے۔ مزید برآں، آنتوں کے آرگنائڈ کلچرز اپنے تھری ڈی کلچر ماحول میں سنگل آرگنائڈز کے درمیان مضبوطی سے متغیر سائز، شکلیں، مورفولوجیز اور لوکلائزیشنز کا شکار ہیں۔ آنتوں پر چپ ماڈل اگرچہ آرگنائڈز کو عام طور پر چھوٹے اعضاء کہا جاتا ہے، لیکن ان میں اعضاء کی سطح کی پیچیدگی کی نقل کرنے کے لیے اہم خصوصیات کی کمی ہوتی ہے۔ اس وجہ سے، بائیوفابریکیٹڈ آلات تیار کیے گئے ہیں، جو آرگنائڈ حدود کو عبور کرتے ہیں۔ خاص طور پر مائکرو فلوڈک آلات اعضاء کے ان وٹرو ماڈلز کے پلیٹ فارم کے طور پر بہت زیادہ صلاحیت رکھتے ہیں، کیونکہ وہ بافتوں میں خون کی گردش کے کام کی نقل کرتے ہوئے پرفیوژن کو فعال کرتے ہیں۔ سیال بہاؤ کے علاوہ، دیگر کلچر پیرامیٹرز کو آنتوں پر چپ والے آلات میں شامل کیا جاتا ہے، بشمول آرکیٹیکچرل اشارے، مکینیکل محرک، آکسیجن گریڈینٹس اور دیگر خلیوں کی آبادی اور مائکرو بائیوٹا کے ساتھ شریک کلچر، تاکہ اصل اعضاء کے جسمانی رویے کو زیادہ درست طریقے سے ظاہر کیا جا سکے۔ مائیکرو فلوڈکس روایتی جامد سیل کلچر کے برعکس، مائیکرو فلوڈک آلات میں، سیال کے بہاؤ پیدا کیے جا سکتے ہیں، جو جسمانی سیال کے بہاؤ کے نمونوں کی قریب سے نقل کرتے ہیں۔ سیال کا بہاؤ خلیوں کی سطحوں پر جسمانی شیر کشیدگی متعارف کراتا ہے، غذائی اجزاء اور نشوونما کے عوامل کی اپیکل ڈیلیوری متعارف کراتا ہے اور کیمیائی میلان کے قیام کو قابل بناتا ہے، جیسے۔ نشوونما کے عوامل، جو اعضاء کی مناسب نشوونما کے لیے اہم ہیں۔ مجموعی طور پر، مائیکرو فلوڈک آلات اعضاء کے مخصوص مائیکرو انوائرمنٹ پر قابو میں اضافہ کرتے ہیں، جو زیادہ عین مطابق ماڈلز کی اجازت دیتا ہے۔ آنتوں پر چپ والے آلات میں مائیکرو فلوڈک بہاؤ کو متعارف کرانے کے لیے مختلف ٹیکنالوجیز کا استعمال کیا گیا ہے، جن میں پیریسٹالٹک پمپ، سرنج پمپ، پریشر جنریٹر اور ہائیڈروسٹیٹک دباؤ اور کشش ثقل سے چلنے والے پمپ لیس سسٹم شامل ہیں۔ کشش ثقل سے چلنے والے مائکرو فلوڈک آنت-آن-اے-چپ ڈیوائس کی ایک مثال میمیٹاس کا آرگنپولیٹ پلیٹ فارم ہے، جسے بیوریوج اور دیگر افراد نے سوزش کی آنتوں کی بیماری کے لیے بیماری کے ماڈل کے طور پر استعمال کیا ہے۔ میکانکی محرک جنین کی نشوونما کے ابتدائی مراحل سے لے کر زچگی کے بعد کی زندگی تک، آنت مسلسل میکانی قوتوں کی ایک وسیع رینج کے سامنے رہتی ہے۔ پیریسٹالسیس، آنتوں کے مواد کا غیر ارادی اور چکور پروپلشن، ہاضمہ کے عمل کا ایک لازمی حصہ ہے۔ یہ کھانے کے ہاضمے، غذائی اجزاء کے جذب اور آنتوں کو میکرو پیمانے پر خالی کرنے میں سہولت فراہم کرتا ہے اور مائیکرو پیمانے پر آنتوں کے اپیتھیلیم پر شیر اسٹریس اور ریڈیل پریشر کا اطلاق کرتا ہے۔ خاص طور پر، میکانی عوامل کو آنتوں کی نشوونما اور ہومیوسٹاسس کو متاثر کرنے کے لیے دکھایا گیا، جیسے گٹ لوپنگ، ولی تشکیل، اور کرپٹ لوکلائزیشن۔ مزید برآں، انسانی آنت میں مکینیکل محرکات کی دائمی عدم موجودگی کا تعلق آنتوں کی بیماری سے ہے۔ ایک نمایاں مثال جہاں پیریسٹالسیس اور مائیکرو فلوڈک بہاؤ کی شکل میں میکانی محرکات دونوں کو مل کر استعمال کیا جاتا ہے وہ ایمولیٹ آنٹائن-آن-اے-چپ سسٹم ہے۔ یہ نظام دو طرفہ سنٹرل سیل کلچر مائیکرو چینل پر مشتمل ہوتا ہے، جسے ایک سوراخ دار، ایکسٹرا سیلولر میٹرکس لیپت، پی ڈی ایم ایس جھلی کے ذریعے الگ کیا جاتا ہے جو اوپری اور نچلے مائیکرو چینل میں دو مختلف خلیوں کی آبادی کو الگ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ مرکزی چیمبر متوازی طور پر چلنے والے دو ویکیوم چیمبرز سے گھرا ہوا ہے۔ ویکیوم کا اطلاق چینلز کو الگ کرنے والی سوراخ دار جھلی کی چکور یک طرفہ توسیع کی اجازت دیتا ہے تاکہ پیریسٹالٹک موشن آرکیٹیکچرل اشاروں کی نقل کی جا سکے جیسا کہ روایتی آرگنائڈ کلچر میں، ٹشو کی مائکرواناٹومی کی بہتر نمائندگی کے لیے تھرڈ کلچر طول و عرض متعارف کرانا اہم ہے۔ چونکہ تھری ڈی سیل کلچرز جسمانی طور پر زیادہ متعلقہ بائیو کیمیکل اور مکینیکل اشاروں کو نافذ کرتے ہیں، اس لیے تھری ڈی کلچرز عام طور پر بہتر سیل وائبلٹی اور زیادہ فزیالوجیکل ٹرانسکرپٹوم اور پروٹیوم حاصل کرتے ہیں۔ مزید برآں، ٹشو ہومیوسٹاسس کے عمل جیسے پھیلاؤ، تفریق اور خلیوں کی موت کو زیادہ جسمانی انداز میں پیش کیا جاتا ہے۔ سیل کلچرز کا تھری ڈی سپورٹ عام طور پر ہائیڈروگلز پر مبنی ہوتا ہے، جو مقامی ایکسٹرا سیلولر میٹرکس کی نقل کرتے ہیں۔ خلیوں کو یا تو ہائیڈروگلز میں سرایت کیا جا سکتا ہے یا پہلے سے طے شدہ مائیکرو انجینئرڈ ہائیڈروگل سطح پر اگایا جا سکتا ہے۔ 3 ڈی آنتوں کے نظام کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا ہائیڈروگل میٹرگل ہے، جو ماؤس سارکوما سے گھلنشیل تہہ خانے کی جھلی کا نچوڑ ہے۔ تاہم، میٹرگل کے اہم نقصانات ہیں جیسے کہ زینوجینک اصل، باتھ ٹو بیچ کی تغیر پذیری، زیادہ لاگت اور ناقص طور پر متعین ساخت۔ چونکہ یہ عوامل طبی ترجمہ میں رکاوٹ ہیں، دیگر ہائیڈروگلز 3 ڈی آنتوں کے ماڈلز میں تیزی سے استعمال ہوتے ہیں، جن میں فائبرائن، کولیجن، ہائیلورونک ایسڈ اور پی ای جی پر مبنی مصنوعی ہائیڈروگلز شامل ہیں۔ ٹشو انجینئرنگ میں، مائیکرو فیبریکیشن تکنیک انتہائی اہمیت کی حامل ہیں، خاص طور پر ٹشو مائیکرو انوائرمنٹ کی ماڈلنگ میں۔ مائیکرو فلوئڈک ڈیوائس کو خود ڈیزائن کرنے اور بنانے کے علاوہ، مائیکرو فیبریکیشن تکنیک کو تھری ڈی مائیکرو اسٹرکچر بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جاتا ہے جو سیل کلچر کی سطحوں کے پیٹرننگ کی اجازت دیتا ہے جو مقامی ٹشو ٹپوگرافی سے قریب سے ملتا جلتا ہے، یعنی۔ کرپٹ-ولس-محور۔ آرکیٹیکچرل اشارے پر انحصار کرنے والے آنتوں پر چپ کے نظام کی ایک نمایاں مثال نیکولایف اور دیگر کی ہومیوسٹیٹک منی آنتوں کی ہے۔ وہ ہائیڈروگل چیمبر کے ساتھ مائیکرو فیبریکیٹڈ آنت-آن-اے-چپ آلات استعمال کرتے ہیں۔ کولیجن-میٹریگل-مکس ہائیڈروگل لیزر-ایبلٹیڈ ہے تاکہ خفیہ ڈھانچوں کے ساتھ ٹیوبلر آنتوں کے لومین کے لیے مائیکرو چینل تیار کیا جا سکے۔ اس آلے میں آنتوں کے اسٹیم خلیوں کی ثقافت کے نتیجے میں ان کی خود تنظیم ایک فعال اپیتھیلیم میں کرپٹ ولس ڈومینز کے جسمانی مقامی ترتیب کے ساتھ ہوتی ہے۔ یہ چھوٹی آنتیں طویل مدتی کلچر کی اجازت دیتی ہیں اور نایاب آنتوں کے خلیوں کی اقسام کو جنم دیتی ہیں جو عام طور پر دوسرے تھری ڈی ماڈلز میں نہیں پائی جاتی ہیں۔ آنتوں پر ایک چپ ماڈل کی آرکیٹیکچرل طور پر چلنے والی مورفوجینیسیس کی ایک اور مثال جیوریوسکی اور دیگر کے ذریعہ شائع کردہ سطح کی نمونہ سازی کی تکنیک ہیں۔ انہوں نے ہائڈروگل کی سطحوں کو نمونہ بنانے کے لیے مائیکرو فیبریکیٹڈ آلات تیار کیے تاکہ آنتوں کے آرگنائڈ جیومیٹری، سائز اور خلیوں کی تقسیم کو دوبارہ پیش کیا جا سکے۔ ان مثالوں سے پتہ چلتا ہے کہ بیرونی طور پر رہنمائی یافتہ مورفوجینیسیس کے ساتھ آنتوں پر ایک چپ نظام سگنلنگ گریڈینٹس کے مقامی اور عارضی کنٹرول کو قابل بناتا ہے اور آنتوں کے مورفوجینیسیس، اسٹیم سیل کی دیکھ بھال، کرپٹ ڈائنامکس، اور ایپیٹیلیل تخلیق نو کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کرنے کے لیے ایک پلیٹ فارم فراہم کر سکتا ہے۔ شریک افزائش صحت مند آنت میں مختلف افعال کی ایک وسیع رینج ہوتی ہے، جسے پورا کرنے کے لیے مختلف قسم کے خلیوں کے ایک وسیع مجموعے کی ضرورت ہوتی ہے۔ بنیادی آنتوں کا کام، غذائی اجزاء کا جذب، آنتوں کے اپیتھیلیم اور خون اور لمف اینڈوتھیلیل خلیوں کے درمیان قریبی رابطے کی ضرورت ہوتی ہے۔ مزید برآں، آنتوں کا مائکرو بائیوٹا کھانے کے ہاضمے میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے، جو ایک قابل اعتماد مدافعتی دفاع کو ناگزیر بناتا ہے۔ مزید برآں، پٹھوں اور اعصاب کے خلیات پیریسٹالسیس اور تسکین کو کنٹرول کرتے ہیں۔ آخر میں، میسینکائمل خلیات آنتوں کے اسٹیم سیل طاق کے ضروری اجزاء ہیں کیونکہ وہ جسمانی مدد فراہم کرتے ہیں اور نشوونما کے عوامل کو خفیہ کرتے ہیں۔ اس طرح، آنتوں کے افعال کے مختلف پہلوؤں کو مناسب طریقے سے ماڈل کرنے کے لیے آنتوں پر چپ کے نظام میں مختلف خلیوں کی اقسام کو شامل کرنا ضروری ہے۔ آنتوں کے اپیتھیلیم اور مائکرو بائیوٹا کو آنتوں پر چپ کے نظام میں مشترکہ طور پر کاشت کرنے کے لیے پہلے اقدامات کیے گئے۔ مثالیں ایمولیٹ آنت-آن-اے-چپ سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے آنتوں کے شیگیلا فلیکسنری انفیکشن کے لیے ان وٹرو ماڈل کا قیام یا ایروبک اور اینیروبک دونوں پرجاتیوں کے ساتھ ملبے سے حاصل کردہ پیچیدہ مائکرو بائیوٹا آبادی کی تفریح ہیں۔ اسی طرح، محققین نے آنتوں کے اپیتھیلیم کو پردیی خون کے مونو نیوکلیئر خلیوں، مونوسیٹس، میکروفیجز یا نیوٹروفلز کے ساتھ مل کر کاشت کرکے آنتوں کے نظام میں امیونوکمپٹینٹ آنتوں کے اپیتھیلیم کو دوبارہ بنانے کی کوشش کی ہے۔ مزید برآں، اپیتھیلیل-اینڈوتھیلیل انٹرفیس کو ایک سوراخ دار جھلی کے مخالف اطراف میں اینڈوتھیلیل مونو لیئرز اور آنتوں کے اپیتھیلیم کو کلچر کرکے کئی مختلف نظاموں میں ماڈل کیا گیا ہے۔ آنتوں کے خلیوں کو دیگر خلیوں کی اقسام کے ساتھ مل کر کاشت کرنے کے علاوہ، آنتوں کے اپیتھیلیم کی خلیوں کی آبادی بھی بہت زیادہ مطابقت رکھتی ہے۔ اگرچہ کچھ بجائے سادہ نقطہ نظر آنتوں کے اپیتھیلیم کے لیے سیل کے ذریعہ کے طور پر لافانی سیل لائنوں کا استعمال کرتے ہیں، لیکن آرگنائڈ سے ماخوذ آنتوں کے اسٹیم خلیوں کے استعمال کی طرف ایک تبدیلی ہے، جو زیادہ جسمانی سیل کی قسم کی ساخت کے ساتھ آنتوں کے اپیتھیلیا سے ماخوذ ہونے کی اجازت دیتا ہے۔ حوالہ جات MIMETAS آرگنپولیٹ پلیٹ فارم کو ویڈیو کے ساتھ بیرونی روابط دیتے ہیں: https://www.mimetas.com/en/perfused-tubules ایمولیٹ ڈوڈینم آنتوں کی چپ: https://emulatebio.com/duodenum-intestine-chip ہومیوسٹیٹک منی آنتوں کی ویڈیو: https://www.youtube.com/watch?v=IHKuri9sFEM&list=PLdV2S7pxgq9ZY1IBzIRJxDlq-lNKClsnW مائیکرو فلیوڈکس بائیوٹیکنالوجی ٹشو انجینئرنگ